工业机器人的四种编程技术 你知道几个

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目前,机器人广泛应用于焊接、装配、搬运、涂装、打磨等领域。 任务的复杂性不断增加,用户对产品质量和效率的追求也越来越高。 在这种形式下,机器人的编程方法、编程效率和质量变得越来越重要。 降低编程难度和工作量,提高编程效率,实现编程的适应性,从而提高生产效率,是机器人编程技术发展的终极追求。

编程技术的发展与应用

对于工业机器人来说,编程方式主要有在线编程、离线编程和自主编程三种。 目前机器人的应用中,手工教学仍然占据着整个机器人焊接领域的主导地位。 离线编程适用于结构化焊接环境。 然而,对于轨迹复杂的3D焊缝,手工示教不仅耗时,而且难以满足焊接精度要求。 因此,以视觉引导下的计算机控制机器人自主教学代替人工教学已成为发展趋势。

1. 编程技术教学

(1)在线示教编程通常由操作者通过示教盒控制机械手工具末端到达指定的姿态和位置,记录机器人位姿数据并写入机器人运动指令,完成轨迹规划,机器人正常加工时的位姿等关节数据信息的收集和记录。

示教盒教学具有在线教学的优点,操作简单直观。 如图1所示,示教盒主要有两种类型:编程型和遥感型。 例如,如果使用机器人来点焊车身,操作员首先控制机器人到达每个点焊点,并手动示教每个点焊轨迹。 焊接过程中,通过示教再现的方式再现示教的焊接轨迹,从而实现车身每个位置每个焊点的焊接。 车身机器人点焊流程如图2所示。但是,焊接时很难保证每次车身位置完全相同,因此在实际焊接中,通常需要添加激光传感器进行校正焊接路径的偏差和修正。

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图1 机器人示教盒

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图2 汽车车身机器人点焊

(2)激光传感辅助教学

在太空探索、水下施工、核电站维修等极端环境下,操作人员无法在现场,必须通过远程控制的方式完成焊接任务。 环境光照条件较差,视觉信息无法完全反馈现场情况。 采用立体视觉作为视觉反馈方式,教学周期长。 激光视觉传感可以获取焊缝轮廓信息并将其反馈给机器人控制器实时调整焊枪位置和姿态以跟踪焊缝。 哈尔滨工业大学高红明等人提出了激光视觉传感器辅助的远程焊接远程教学技术,克服了基于立体视觉显示的远程教学的缺点。 采用激光视觉传感提取焊缝特征点作为教学点,提高了识别精度,可实现平面曲线焊缝和复杂空间焊缝的远程教学(见图3)。

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图3 基于激光辅助教学的远程控制系统

(3)力传感辅助教学

由于视觉误差,立体视觉教学的准确性较低。 激光视觉传感可以获取焊缝轮廓信息并将其反馈给机器人控制器实时调整焊枪位置和姿态以跟踪焊缝。 但它并不能适应所有的遥控焊接环境。 例如工件表面状况对激光辅助教学有一定影响,不规则焊缝特征点提取困难。 为此,哈尔滨工业大学高红明等人提出了“遥控焊接力传感远程教学技术”,利用力传感器来识别焊缝,该系统结构简单、成本低、响应灵敏度高,力传感器在直接接触焊缝,示教精度高。 通过力感远程教学焊缝识别模型和自适应控制模型,实现远程教学的本地自适应控制,并通过共享技术和视觉呈现,实现远程焊接远程教学人为控制的宏观整体监控。

(四)辅助教学的专用工具

为了使机器人在三维空间的示教过程更加直观,在线示教过程中引入了一些辅助示教工具。 辅助教学工具包括位置测量单元和姿态测量单元,分别测量空间位置和姿态。 由两条手臂和一个手腕组成,有6个自由度,每个按键角度都由光电编码器记录。 操作时,操作者将设备握在手腕上,示教加工路径,记录路径上各点的位置和姿态,然后将坐标转换成机器人的加工路径值,实现示教编程,操作简便。 它精度高,不需要操作者实际操作机器人,这对于很多非专业操作者来说非常方便。

借助激光等设备的辅助示教,提高了机器人使用的灵活性和灵活性,降低了操作难度,提高了机器人加工的精度和效率。 这在很多情况下都非常实用。

2、离线编程技术

与在线编程相比,离线编程有以下优点:

①减少停机时间,当编程下一个任务时,机器人仍然可以在生产线上工作。

②使程序员远离危险的工作环境,改善编程环境。

③ 适用范围广,可对各种机器人进行编程,并可轻松实现优化编程。

④易于与CAD/CAM系统结合,实现CAD/CAM/ROBOTICS一体化。

⑤ 能够使用先进的计算机编程语言对复杂的任务进行编程。

⑥机器人程序修改方便。

(1)编程关键步骤:机器人的离线编程利用了计算机图形学的成果。 通过对工作单元进行三维建模,在仿真环境中建立与真实工作环境相对应的场景,并利用规划算法对图形进行控制和操作。 轨迹规划是在不使用实际机器人的情况下进行的,从而产生机器人程序。 关键步骤如图4所示。图5是使用FANUC的Roboguide软件进行离线编程的示例。 该产品是大众模具的一部分,需要在其表面进行激光熔覆。 由于曲面复杂,采用手工示教几乎无法确定路径,因此采用离线编程软件来解决。 首先建立模具的CAD模型以及机器人与模具之间的几何位置关系。 然后根据具体流程进行轨迹规划和离线编程仿真。 确认后,下载至机器人控制执行。 实践证明,取得了良好的效果。

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图4 离线编程关键步骤

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图5 基于Roboguide的离线编程与仿真

(2)商业离线编程软件一般包括:几何建模功能、基础模型库、运动学建模功能、工作单元布局功能、路径规划功能、自动编程功能、多机协调编程和仿真功能。

第三方离线编程(国内):RobotArtRobotMaster、RobotWorks、Robomove、RobotCAD、DELMIA

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机器人厂商(国外):(ABB)RobotStudio、(FANUC)RoboGuide、(KUKA)KUKA Sim、(安川)MotoSim

可以模拟系统布局来确认 TCP 可达性和干扰。 还可以进行离线编程仿真,确认后即可将离线编程程序仿真下载到机器人上执行。

3、自主编程技术

随着技术的发展,各种跟踪测量传感技术日益成熟,人们开始研究以焊缝的测量信息作为反馈,利用计算机控制焊接机器人进行焊接路径示教的自主教学技术。

(1)基于激光结构光的自主编程基于结构光的自主路径规划原理是将结构光传感器安装在机器人末端,形成“手眼”的工作方式,如图6所示,利用焊缝跟踪技术逐点测量焊缝中心坐标,建立焊缝轨迹数据库,作为焊接时焊枪的路径。

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图6 基于结构光的路径自主编程

韩国的 Pyunghyun Kim 在 6 自由度焊接机器人的末端安装了线结构光视觉传感器,以在结构化环境中独立教授自由表面焊接。 在焊缝上建立随焊缝轨迹移动的坐标来表达焊缝的位置和方向,并与连接类型(搭接、对接、V形)相结合,形成机器人焊接路径,其中一个立方体也使用样条线。 该函数拟合空间焊缝轨迹,避免了传统直线连接带来的误差,如图7所示。

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图7 传感器扫描焊缝获取焊接路径

(2)基于双目视觉的自主编程 基于视觉反馈的自主示教是实现机器人自主路径规划的关键技术。 其主要原理是:在一定条件下,主控计算机通过视觉传感器沿焊缝自动跟踪,采集并识别焊缝图像,计算焊缝的空间轨迹和方位(即位姿),并自动生成位姿根据优化的焊接要求调整机器人焊枪(焊枪)的参数。

(3)多传感器信息融合自主编程。 一些研究人员利用力控制器、视觉传感器和位移传感器组成高精度自动路径生成系统。 系统配置如图8所示。该系统集成了位移、力和视觉控制,引入了视觉伺服,可以根据传感器反馈信息执行动作。 在该系统中,机器人可以根据标记绘制的线自动生成机器人路径。 位移控制器用于维持机器人TCP点的姿态。 利用视觉传感器使机器人自动跟随曲线。 力传感器用于保持TCP点与工件表面之间的距离。 持续的。

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图8 基于视觉、力和位置传感器的自动路径生成系统

4、基于增强现实的编程技术

增强现实技术源于虚拟现实技术。 它是一种实时计算摄像机图像的位置和角度并添加相应图像的技术。 这项技术的目标是将现实世界中的虚拟世界设置在屏幕上并与之交互。 增强现实该技术使计算机生成的三维物体能够集成到真实场景中,增强用户与现实世界的交互。 使用增强现实进行机器人编程是革命性的。

增强现实技术结合了真实环境和虚拟空间信息。 它利用真实环境中的动画模拟,提供真实环境与虚拟空间信息之间的交互通道。 例如,将虚拟飞机清洁机器人模型应用于缩小的飞机模型。 控制虚拟机器人相对于飞行器模型沿一定轨迹运动,然后生成机器人程序,然后对真实机器人进行标定和编程。

基于增强现实(RPAR)的机器人编程技术可以在虚拟环境中对机器人进行离线编程,无需真实的工件模型。 由于虚拟机器人可以添加到真实环境中,因此当需要原位接近时,该技术是一种非常有效的手段,从而避免了校准真实和虚拟环境时可能遇到的技术困难。 增强现实编程的架构如图9所示,由虚拟环境、操作空间、任务规划、路径规划、虚拟机器人仿真和真实机器人验证组成。

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图9 基于增强现实的机器人编程架构

总结:传统的在线教学编程只会在少数场合使用。 随着技术的更新,后三者也会慢慢成长。 有的还处于技术研发期。 谁先突破,谁就能赢得市场。

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